rcmania :: Przegląd tematu

admi

Z pojęciem tym zetknęła się zapewne większość z Was. Dla wielu jest to magiczne pojęcie oznaczają oznaczające jakieś drogie silniki wkręcające się na niebotyczne obroty, na których bije się rekordy prędkości modeli elektrycznych. Czym naprawdę są te silniki i jak działają?
Jak nazwa wskazuje – nie ma w nich szczotek ani komutatorów – czyli elementów podlegających najszybszemu zużyciu w tradycyjnych silnikach. Szczotki i komutatory są przedmiotem ciągłej troski użytkowników – podczas pracy silnika występuje na nich ciągłe iskrzenie – czyli łuk elektryczny temperaturze kilku tysięcy stopni. Mimo stosowania materiałów odpornych na wysokie temperatury (spieki grafitowe) lub dobrze rozpraszających energię cieplną (miedź), to elementy te szybko się wypalają i trzeba je regenerować/wymieniać na nowe. Iskrzenie powoduje wydzielanie dużych ilości ciepła – silnik może nabrać wysokiej temperatury, co może doprowadzić do stopienia izolacji na drutach nawiniętych na rdzeń – w efekcie zwarcia i zniszczenia silnika. Iskrzenie to również strata energii – silniki szczotkowe nie są zbyt sprawne.
Silniki bezszczotkowe, poza ceną, wydają się mieć same zalety – nie ma w nich ani szczotek, ani komutatorów – nie ma się więc co zużywać, nie ma co iskrzyć (czyli zwiększać temperatury, powodować straty energii), są więc praktycznie bezobsługowe, a dzięki lepszemu wykorzystaniu pobieranej energii – zapewniają dłuższą jazdę na jednym pakiecie.

Jak zbudowany jest silnik bezszczotkowy i jak działa?
W tradycyjnych silnikach cewki elektryczne nawinięte są na rdzeń i wirują ich ruch obrotowy powoduje „przełączanie” się zasilania cewek, które odpychane są lub przyciągane przez magnesy, które są na stałe przymocowane wewnątrz obudowy silnika. W silniku bezszczotkowym role zostały odwrócone – to cewki są nieruchome wewnątrz obudowy, a magnes osadzono na obracającym się rdzeniu. Prąd na cewki podawany jest przez regulator obrotów – oczywiście musi to być specjalny regulator – po pierwsze ze względu na to, że silniki bezszczotkowe mają trzy bieguny (fazy), a nie dwie, jak zwykłe, szczotkowe silniki, a po drugie musi to być regulator „wiedzący” w jakim położeniu względem cewek znajduje się aktualnie magnes, aby móc podać napięcie na odpowiednie cewki i w odpowiednią „stronę”.

Mówiąc o silnikach bezszczotkowych warto przedstawić kilka pojęć związanych z nimi:

kV – czyli kiloVolt – wielkość ta mówi ile obrotów silnik „wyciąga” z jednego wolta napięcia – np. kV = 5 000 oznacza pięć tysięcy obrotów z 1 wolta przyłożonego napięcia (7,2 x 5 000 = 36 000 obrotów na minutę),

kT – jest to wartość wyrażająca wartość momentu obrotowego „wyciąganego” z jednego ampera przyłożonego napięcia – wartość podawana jest w gramocentymetrach/amper lub w anglosaskim systemie miar in-oz/amper (in-oz = „calo-uncja”) – generalnie im większa wartość, tym lepiej.

Cogging – niestety, nie jest łatwo przetłumaczyć tego pojęcia na polski – chodzi o to, że tak naprawdę silnik nie porusza się idealnie równo, lecz skokami lub jak kto woli – szarpnięciami. Cogging (kodżing ?) jest niezauważalny przy wyższych obrotach – pojawia się tylko przy najniższych, a więc z reguły – w momencie ruszania lub wolnej jazdy pod dużym obciążeniem. Im lepszy silnik/regulator, tym cogging powinien być mniej zauważalny. Silniki o wyższym kV będą bardziej na niego podatne niż te rozwijające mniejsze obroty.

Na rynku pojawia się coraz więcej silników bezszczotkowych, zarówno do modeli 1/10 jak i mniejszych – np. 1/18. Silniki do 1/10 produkuje m.in. ciesząca się dużą renomą w światku modelarskim firma Novak. Produkuje ona obecnie dwa silniki (a właściwie zestawy, bo kupuje się silnik razem z regulatorem):

Super Sport SS4300 Racing Stock Brushless Motor ( TUTAJ)– odpowiednik silnika stock 540

Super Sport SS5800 Brushless Motor System ( TUTAJ) – odpowiednik silnika 540 10T.

W planach mają również wyprodukowanie silnika klasy 550 do napędzania E-MAXX`A i innych podobnych zastosowań – w przeciwieństwie do dwóch pierwszych, które są zoptymalizowane do pracy z pakietami 7,2 V, zestaw HV-Maxx High-Voltage Brushless Motor System ( TUTAJ) - bo o nim mowa - przystosowany jest do zasilania przez 10 – 14 cel (12 – 16,8 V).
W klasie 1/18 niekwestionowanym królem (a może raczej: królową) jest Mamba ( TUTAJ). Wsytępuje ona w kilku wersjach:
• 4200 kV – najwolniej kręcąca się z Mamb, posiada największy moment, najmniejszy pobór prądu i chyba najlepiej nadaje się do ścigania po torze micro,
• 5400 kV – wyższe obroty, większy pobór prądu – idealny kompromis między jazdą po torze, a szybką jazdą „freestylową”,
• 6800 i 8000 kV – dla tych, dla którch żaden model nie jeździ wystarczająco szybko – przy odpowiedniej konfiguracji i modyfikacji modelu powinno się na nich udać grubo przekroczyć 100 km/h modelem 1/18!!!
Silniki Mamby mogą być zasilane maksymalnie napięciem 12 V, choć niektórzy jeżdżą na 4 celach li-po/li-ion – czyli 14,4 – 15 V i nawet producent przewidział taką opcję – ale nie bierze za to odpowiedzialności...

Na koniec pozostaje pytanie – skoro silniki bezszczotkowe są takie rewelacyjne i wydawałoby się – bez wad, to dlaczego są tak mało popularne? Odpowiedzi jest, moim zdaniem, kilka: po pierwsze jest to stosunkowo nowa technologia w świecie RC i potrzeba trochę czasu, aby się upowszechniła. Po drugie – częściowo powiązane z poprzednim – wszystko co nowe jest drogie – podobnie zestawy bezszczotkowe – są one 2 – 3-krotnie droższe od swoich szczotkowych odpowiedników. Trzeba jednak wziąć pod uwagę, że silniki bezszczotkowe są dużo trwalsze od „normalnych”, więc w dłuższym okresie czasu inwestycja powinna się zwrócić. Z czasem jednak, w miarę upowszechniania się tej technologii i nasycania rynku ceny powinny spadać... I wreszcie trzecim powodem są skostniałe i nie nadążające za zmianami przepisy wyścigowe w większości nie zezwalające na stosowanie tego typu silników. Dopóki tu się coś nie zmieni silniki bezszczotkowe pozostaną zabawką pasjonatów.